陶瓷颗粒增强扩散合金化钢复合材料的微观结构和力学性能

采用传统粉末冶金工艺制备了陶瓷颗粒增强Fe?0.5Mo?1.75Ni?1.5Cu?0.7C扩散合金化钢复合材料,选用的陶瓷颗粒为SiC、TiC和TiB₂。采用光学显微镜和扫描电子显微镜观察了烧结材料微观结构,并对烧结材料的硬度、强度和摩擦磨损性能进行了测试。结果表明,由于SiC和TiB₂与基体的化学相容性好,陶瓷颗粒与基体界面结合良好;由于TiC颗粒具有极高的化学稳定性,TiC颗粒与基体界面结合情况不理想。随着陶瓷相含量（质量分数）的增加,添加SiC和TiC的烧结试样相对密度降低;添加TiB₂的烧结试样相对密度先增加后降低,当添加TiB₂质量分数为0.9%时达到最大值。随着陶瓷含量增加,添加SiC和TiB₂烧结试样的硬度增大,当陶瓷相质量分数超过1.2%时,硬度增加缓慢;添加TiC烧结试样的硬度先增加后降低,当添加TiC质量分数为0.9%时达到最大值。随着陶瓷相含量增加,添加SiC和TiC烧结试样的强度降低,少量添加SiC对强度没有明显损害;添加TiB₂烧结试样的强度先增加后降低,当添加TiB₂质量分数为0.6%时达到最大值（971.7MPa）,比基体提高了14.1%以上。添加陶瓷相对烧结钢性能的积极影响依次是TiB₂、SiC和TiC。     

Y2O3对AlCoCrFeNi高熵合金涂层组织及力学性能的影响

利用激光熔覆技术在Q235钢基体表面分别制备出添加不同质量分数Y₂O₃的AlCoCrFeNi高熵合金涂层。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、显微硬度计和摩擦磨损试验机对AlCoCrFeNi高熵合金涂层的微观组织、硬度及摩擦磨损性能进行了分析。结果表明:AlCoCrFeNi高熵合金涂层由面心立方结构（FCC）和体心立方结构（BCC）两相构成;随着Y₂O₃质量分数的提高,其体心立方结构相体积分数增加,而面心立方结构相的体积分数变化呈相反趋势。AlCoCrFeNi高熵合金涂层组织由等轴晶构成,加入Y₂O₃后,促进了熔池流动,使气孔逐渐消失,致密性提高,晶粒明显细化。添加质量分数5%Y₂O₃的涂层组织呈树枝晶状,形成弥散分布的YAl₂和Y₂O₃相;涂层的显微硬度可达HV 350,约为AlCoCrFeNi高熵合金涂层硬度的2倍,强化效果明显。Y₂O₃的添加有利于促进涂层中体心立方相的形成和YAl₂相的析出,能有效提高高熵合金涂层的硬度及耐磨性能。     

HVAF喷涂La2O3改性WC-20Cr3C2-11NiMo涂层的耐磨耐蚀性能

为进一步提升高质量WC涂层的耐磨性、耐海水腐蚀性和耐海水气蚀性。采用大气超音速火焰喷涂(HVAF)在0Cr13Ni5Mo基体上制备稀土La₂O₃改性WC-20Cr₃C₂-11NiMo涂层。通过显微硬度测试、平面孔隙测试、摩擦磨损实验、电化学实验和模拟海水超声波气蚀实验,测试涂层的显微硬度、孔隙率、摩擦因数、摩擦磨损性能、耐海水腐蚀性能和耐海水气蚀性能,分析La₂O₃对WC-20Cr₃C₂-11NiMo涂层耐磨耐蚀性能的影响。结果表明,改性后的涂层显微硬度提升到1400 HV0.2左右,平均孔隙率降低约48.6%;涂层磨损质量降低约33%,摩擦因数降低约30%,摩擦磨损表面微凹坑和微裂纹明显减少;电化学自腐蚀电位明显右移,电化学自腐蚀电流密度明显减小;涂层的气蚀质量损失减少约20%,气蚀坑洞明显减少和变小。HVAF喷涂La₂O₃改性后的WC-20Cr₃C₂-11NiMo涂层硬度略微提升,致密性、耐磨性、耐海水腐蚀性和耐海水气蚀性得到明显提升,除表面疲劳磨损外,表面摩擦磨损机理从严重磨粒磨损转变为轻微磨粒磨损,气蚀机理主要为流体冲击波侵蚀。     

NiCr过渡层对高速火焰喷涂WC-Co涂层摩擦磨损性能及疲劳磨损性能的影响

WC-Co涂层作为一种性能优异的涂层,逐渐被应用于轧辊的表面防护,目前大量实验研究的有热喷涂、激光熔覆制备WC-Co涂层。本文提出用高速火焰喷涂(HVOF)在常用轧辊材料Q235钢表面制备WC-Co涂层,同时在WC-Co涂层和基体之间加入NiCr过渡层。利用SEM、XRD、摩擦磨损测试、疲劳磨损测试等测试方法,对涂层形貌结构以及各项性能与无过渡层涂层进行对比研究。结果表明,加入NiCr过渡层后,WC-12Co+NiCr、WC-10Co-4Cr+NiCr涂层硬度分别为1059.64 HV_0.3、1016.96 HV_0.3,比WC-12Co涂层(960.01 HV_0.3)、WC-10Co-4Cr涂层(1012.20 HV_0.3)更高。WC-12Co+NiCr涂层的磨损率(5.19×10^-15 m³·(N·m)^-1)远低于WC-12Co涂层(6.59×10^-15 m³·(N·m)^-1     

扫描速度对激光熔覆TiB_2-TiC/Ni复合涂层组织与性能的影响

在Q235D钢表面激光熔覆制备了TiB_2-TiC/Ni复合涂层,分析了扫描速度对涂层组织及性能的影响。涂层主要由Ni、TiB_2和TiC等物相组成。随着扫描速度的增加,陶瓷相的颗粒逐渐细化。在380mm/min的熔覆速度下制备的涂层,显微硬度为1216HV0.2,在100N的载荷下涂层的摩擦系数和磨损损失明显降低,具有较好的性能。     

Q235钢表面氩弧熔覆B4C-Ti复合涂层组织与性能的研究

以B4C粉、Ti粉和Fe粉末为原料,采用氩弧熔覆技术在Q235钢基体表面制备出增强复合涂层。利用扫描电镜,X射线衍射仪,显微硬度仪和摩擦磨损试验机等对复合涂层的组织,相组成,硬度和耐磨性能进行了研究。结果表明:熔覆层相由α-Fe、颗粒状Ti C和Ti B构成,Ti C颗粒弥散分布在基体上,涂层显微硬度高达700HV0.2,耐磨性能比Q235钢基体提高约6倍。     

S355海洋钢表面微弧氧化复合膜层耐蚀性能

采用激光熔覆与微弧氧化技术相结合在海洋钢表面制备了复合膜层.运用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD）表征复合膜层的微观结构,采用极化曲线、电化学阻抗谱、腐蚀磨损实验和浸泡腐蚀实验等测试方法研究膜层在质量分数3.5%的NaCl水溶液中腐蚀行为,并与熔覆涂层和基体进行对比.结果表明:复合膜层主要分为内致密层和外疏松层,疏松层主要由γ-Al₂O₃组成,致密层主要由α-Al₂O₃组成,与基底层结合较好,复合膜层表面硬度最大能达到HV_0.2 1423.3,比熔覆涂层高47.6%,其硬度较S355海洋钢有显著提升.基体在腐蚀和磨损交互作用中主要以腐蚀加速磨损为主,涂层在交互作用中主要以磨损加速腐蚀为主,在经过微弧氧化处理后,膜层的自腐蚀电位负移,钝态电流密度上升,抗磨蚀性能明显提高.熔覆涂层的浸泡腐蚀方式以点蚀为主,复合膜层腐蚀较轻微,阻抗模值最大能达到105.3 Ω·cm2,比熔覆层提高两个数量级,这表明复合处理可进一步提高涂层的耐腐蚀性.      

喷涂距离对内孔HVOF喷涂纳米WC-10Co4Cr涂层组织及抗泥沙冲蚀性能的影响

利用内孔氧-丙烷超音速火焰喷涂技术在ZG0Cr13Ni5Mo不锈钢基材表面制备纳米WC-10Co4Cr涂层,分别通过45°和90°两种内孔喷枪研究了喷涂距离对涂层宏/微观组织及抗泥沙冲蚀性能的影响。采用X射线衍射仪(XRD)测试分析了涂层的物相成分,利用扫描电子显微镜(SEM)观察了涂层截面的微观形貌,并结合金相显微镜分析了孔隙率;通过维氏硬度计测试了涂层的显微硬度,利用粗糙度仪和光学轮廓仪表征了涂层表面的粗糙度及三维形貌;采用泥沙冲蚀磨损试验机对比研究了涂层与不锈钢基材的抗泥沙冲蚀性能,并结合SEM分析了冲蚀磨损机理。研究发现,45°和90°两种内孔喷枪所制备纳米WC-10Co4Cr涂层主要物相成分均为WC、W₂C和非晶态CoCr合金相,未受到喷涂距离的影响。短喷涂距离会导致涂层孔隙缺陷的产生,孔隙率随着喷涂距离的增大先下降后上升。喷涂距离对90°喷枪所制备涂层显微硬度的影响较小,而45°喷枪在喷涂距离增大到150 mm以后涂层硬度有下降趋势,两者最高硬度分别为1 343.1 HV_0.2和1 275.4 HV_0.2;对...     

陶瓷颗粒增强粉末冶金Fe-2Cu-0.6C复合材料的微观结构和力学性能

采用传统粉末冶金压制/烧结技术,经600 MPa压制、1140℃烧结制备了陶瓷颗粒增强（SiC、TiC及TiB₂陶瓷颗粒,质量分数0~1.6%）Fe-2Cu-0.6C低合金钢复合材料,对三种复合材料的微观结构和力学性能进行了研究。结果表明:在烧结过程中,SiC与TiB₂颗粒与基体发生反应,故而与基体界面结合良好;当添加质量分数为1.6%的SiC颗粒时,复合材料烧结后的布氏硬度与抗拉强度分别比基体提高了35.9%、69.4%;添加质量分数为1.2%的TiB₂颗粒时,复合材料相对密度比基体提高了5.3%,其烧结硬度、抗拉强度与基体相比分别提高了77.9%、72.6%;由于烧结过程中TiC颗粒不与基体发生反应,故而添加TiC颗粒对复合材料的布氏硬度、抗拉强度影响不大。     

Ni-SiO2复合镀层电沉积制备及组织性能研究

利用直流电沉积方法在Zr-4合金表面制备了Ni-SiO₂复合镀层,采用场发射扫描电镜、显微硬度计、电化学工作站、摩擦磨损试验机等研究复合镀层的表面形貌、显微硬度、耐腐蚀性及摩擦磨损性能。研究结果表明:与单一的Ni镀层相比较,Ni-SiO₂复合镀层的显微硬度值有所提升,表面更为均匀,Ni-SiO₂复合镀层的耐腐蚀性能和耐磨性能也得到明显提升。且当SiO₂颗粒添加量为10 g/L时,复合镀层的综合性能较优。      

气体雾化法制备TiB2/Al复合材料粉末及其组织演变

采用氟盐反应法制备TiB₂/Al复合材料铸锭,并以此为原料利用高压气体雾化制粉技术制备TiB₂/Al复合材料粉末。利用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、粒度分布仪等手段对所制备铸锭和粉末的组织及性能进行了表征。结果表明:Al熔体中TiB₂的溶度积远小于TiAl₃和AlB₂的溶度积,TiB₂自Al熔体中沉淀析出导致的体系Gibbs自由能变化量比TiAl₃或AlB₂自Al熔体中沉淀析出导致的体系Gibbs自由能变化量的值更小。TiB₂/Al复合材料铸锭及粉末均主要由α-Al相和TiB₂相组成。气体雾化制备TiB₂/Al复合材料粉末中TiB₂颗粒具有纳米尺度,且均匀弥散地分布于Al基体之中,不存在明显的偏聚现象。TiB₂/Al复合材料粉末的粒度主要分布在10～100 μm之间,呈正态分布,粒径介于10～70 μm粉末占比（质量分数）约为81.1%,粒径大于70 μm粉末收得率为12.6%,粒径小于10 μm粉末收得率为6.3%。     

石墨鳞片表面镀铬对石墨鳞片/铜复合材料组织和性能的影响

通过盐浴镀覆在石墨鳞片表面镀铬,随后采用真空热压烧结技术制备了镀铬石墨鳞片/铜复合材料,研究了铬镀层的表面形貌和物相组成,并分析了铬镀层对石墨鳞片/铜复合材料显微结构和性能的影响。结果表明,盐浴镀铬层主要由Cr₃C₂和Cr₇C₃组成,经热压烧结后Cr₇C₃与石墨反应生成了Cr₃C₂;石墨鳞片表面镀铬可以明显减少石墨鳞片/铜复合材料界面处的孔隙,提高复合材料的热导率和抗弯强度,与未镀覆的复合材料相比,当镀铬石墨鳞片的体积分数为60%时,复合材料平面热导率相从594 W·m-1·K-1提高至625 W·m-1·K-1,抗弯强度提升65%。     

石墨烯对激光熔覆镍基碳化钨涂层组织及性能影响

采用激光熔覆技术在Q235钢基体上制备Ni60A-30%WC-x%石墨烯(质量分数, x=0.0, 0.1, 0.3, 0.5)涂层, 研究石墨烯对激光熔覆镍基碳化钨涂层组织与性能的影响。结果表明, 涂层物相主要由具有γ相结构的Ni-Cr-Fe固溶体、WC、W₂C、Cr₇C₃、Cr₂₃C₆、B₄C等组成; 石墨烯改善了激光熔覆镍基碳化钨涂层的组织, 提高了涂层的硬度和抗摩擦磨损性能; 当石墨烯质量分数为0.3%时, 得到了析出相分布均匀且细小的组织, 涂层具有高硬度、良好的抗裂纹扩展能力和耐磨性。     

激光熔覆/离子渗硫复合改性层的表征与减摩行为

采用激光熔覆和离子渗硫复合处理在Ni基金属陶瓷涂层表面原位合成微纳米硫化物固体润滑薄膜,得到复合改性层。采用XRD、XPS、SEM、AFM、EPMA等方法对复合改性层进行了表征,在摩擦磨损实验机上研究了复合改性层干摩擦条件的摩擦磨损性能。结果表明,Ni基金属陶瓷涂层主要由γ-(Fe,Ni)、Cr2Ni3、Ni17W3、Fe0.64Ni0.36、WC、Cr7C3和CrSi2组成,显微硬度在550~625 HV0.2。渗硫层是一个3~4μm的灰黑色带状层,与基体之间无明显过渡,表面疏松而多孔,由微纳米级的尖岛状颗粒堆砌而成;渗硫层主要由单质Fe、Ni,FeS、FeS2、NiS等硫化物,Fe、Cr的氧化物组成。摩擦磨损实验结果表明,与Ni基金属陶瓷涂层相比,复合改性层的摩擦系数和磨损量都显著降低。     

预热下激光沉积TA15/GH4169梯度结构各梯度层组织及性能研究

在预热400℃的锻态TA15合金基材上,应用激光沉积制造技术制备了具有3层梯度层的TA15/GH4169梯度结构,研究了GH4169含量对各梯度层组织与性能的影响。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量色散谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、摩擦磨损试验机对沉积样件进行了显微组织观察、元素分布检测、物相检测、显微硬度与室温耐磨性能分析。研究表明,所制备的沉积试样无宏观裂纹缺陷且组织致密。沉积态TA15侧组织为贯穿多个沉积层的β柱状晶组织,晶内为典型的网篮组织,GH4169侧为沿沉积方向生长的柱状晶组织,枝晶间析出不规则的Laves相,过渡区内形成了两相固溶体和脆性金属间化合物(Ti₂Ni,TiNi₃)。各梯度层随GH4169含量的增加,显微硬度和耐磨性能均不断提高,25%TA15性能最好,其硬度和摩擦系数分别为HV_0.2537和0.33,较100%TA15梯度层硬度值提高了97%,摩擦系数降低了72%。本研究将为最终成形TA15/GH4169梯度复合结构提供参考依据。     

Mo、Ce对贝氏体钢第二相及组织与硬度的影响

为了明确Mo、Ce、Ti在贝氏体钢中的作用,采用热力学计算结合试验,研究含钛贝氏体钢中Mo和Ce对钢中第二相析出、组织转变及性能的影响机制。结果表明,贝氏体钢中加入Mo后,部分固溶于钢基体中,部分以碳化钼的形式析出,Ti以C₂S₂Ti₄析出为主,Ce在钢中以Ce₂O₃和Ce₂O₂S的形式存在,加Ce后Ti的第二相析出以TiC为主;Mo的加入使Ti(C,N)析出量增加了13.12%,平均粒径减小了0.043 μm,Ce的加入使Ti(C,N)的析出量增加了28.97%,粒径减小了0.104 μm;Mo和Ce使组织中残余奥氏体分别增加了1.13%和0.77%,但微观组织均为粒状贝氏体(GB)+板条状马氏体(M)+残余奥氏体(A_γ),Mo和Ce加入后硬度分别增加了54.5和27HV。